前言

——写在开始之前：与计算机的一场约会

亲爱的读者：

在这个数字化时代，计算机已经渗透到我们生活的每个角落。从早晨被手机闹钟叫醒，到晚上刷着“平板”入睡，我们的生活已经离不开计算机。作为一名在计算机领域耕耘了三十余载的科研工作者，我常常被问到：“计算机科学到底是什么？”经过全体编写人员两年多的努力，本书终于和大家见面了！希望它能够带你开启一段奇妙的计算机科学世界的探索

之旅。

我们将展开一段跨越千年的时光之旅。从最早的算盘，到机械计算机之父巴贝奇的差分机，再到现代计算机之父图灵的贡献，每一步都让我们离现代计算机更近一步。将了解ENIAC这台“庞然大物”（它重达30t，需要耗费150kW的电力），到如今可以装进口袋的智能手机（运算能力却比ENIAC强上万倍）。我们也会探讨计算机在现代社会中的应用，从航天器控制器到手机支付，计算机究竟如何影响和改变我们的生活。

本书共11章，将系统、全面地介绍计算机科学技术，主要内容如下：

第1章 数制与编码

想象一下，如果只用0和1两个数字来表达所有信息，你会觉得不可思议吗？但这正是计算机的工作方式。在这一章，将讲解如何在二进制、八进制、十六进制之间进行转换，ASCII码如何让计算机理解人类的文字，Unicode如何解决全球不同语言的编码问题，图片、声音是如何被转换成二进制的。本章会用生动的例子来解释：为什么程序员喜欢用十六进制？为什么很多计算机存储容量都是2的整数次幂？这些问题，都将在本章得到答案。

第2章 计算机组成原理

这一章的内容就像是拆解一台计算机，但不会用到螺丝刀，而是运用知识和相应的讲解。本章将探索计算机组成的原理，包括CPU的工作原理、内存的角色、缓存体系、总线结构及输入输出设备等内容。通过本章的学习，你将理解为什么游戏用计算机需要独立显卡，为什么固态硬盘比机械硬盘快，以及为什么同样是8GB内存，手机和计算机的性能却有天壤之别。

第3章 数据结构

如果说程序是计算机的灵魂，那么数据结构就是构建这个灵魂的框架。本章将探讨数组、链表、栈、队列、树、图以及哈希表等主要的数据结构，用实际的应用场景来解释每种数据结构，例如：为什么Facebook平台用图结构存储用户关系？为什么游戏中的撤销功能用栈来实现？为什么字典要用哈希表？

第4章 操作系统

操作系统是计算机的管理者，它要解决的核心问题是：如何让有限的硬件资源服务好众多的应用程序。本章将深入浅出地探讨操作系统的基本概念和功能，包括进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动以及用户界面等。通过本章，你将明白为什么手机需要“后台进程管理”，为什么关机时要“正常关机”，以及为什么Windows会产生“碎片整理”的需求。

第5章 数据库原理及技术

在信息爆炸的时代，数据库就像一位高效的图书管理员，帮我们管理海量信息。首先，本章将深入探讨关系数据库MySQL、Oracle等的工作原理，介绍SQL以及数据库设计、事务处理等，同时，本章也将介绍非关系数据库 NoSQL以及应用场景。最后，本章对关系数据库的设计方法和理论做了简要的介绍。

第6章 计算机网络

你可曾想过这样的问题：当你发送一条微信消息时，这条消息是如何从你的手机传递到朋友的手机的？本章将揭示信息传输的奥秘：网络协议、 OSI七层模型、 HTTP、 网络安全以及新一代移动通信5G技术。通过本章的学习，你将了解为什么网络会“卡顿”，WiFi为什么会有“信号死角”，以及VPN是如何工作的。

第7章 Web开发

Web开发开启了互联网创作的大门。从网页设计到动态应用，你将学会如何打造引人入胜的在线世界，成为数字时代的建筑大师。本章将介绍Web前端开发的各项技术，包括HTML5、CSS3、JavaScript的最新特性，以及网站的基本结构、样式设计和交互功能的

实现。

第8章 移动应用开发

伴随着移动通信技术的飞速发展，以及智能手机、平板电脑等移动设备的普及，移动应用已成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。本章将带你了解如何开发智能手机和平板电脑上的各种应用，满足用户随时随地的需求。内容主要涵盖Android和iOS平台的特点、移动应用架构、性能优化、用户体验及混合开发等。

第9章 人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI）不再是科幻小说中的概念，而是已经融入我们的日常生活。本章将探讨AI相关技术，包括机器学习基础、深度学习、自然语言处理，计算机视觉以及AI的最新应用等。本章会以生动的例子来解释这些概念，比如：为什么AI下围棋能赢过人类，但是简单地看图说话仍然困难？

第10章 区块链技术

区块链不仅是比特币的技术基础，它正在革新多个领域。本章将介绍区块链技术原理、代表性应用系统和区块链共识机制等内容。区块链技术实现了计算机网络点对点可信交互，为各领域的创新应用带来了新的思考与机遇。

第11章 物联网技术

物联网正在把我们带入智能生活时代，从智能家居到工业自动化，物联网正悄然改变我们的生活方式，开启智慧生活的新篇章。本章将探讨物联网相关技术，包括物联网架构、传感器技术、物联网与通信技术、物联网与大数据、物联网与计算等内容。 

写到这里，你可能会问：“学习这么多内容，我能掌握吗？”让我告诉你一个秘密：计算机科学最迷人的地方，不在于记住每个细节，而在于理解背后的思维方式。就像学习烹饪，当你理解了火候的控制、调味的原理，你就能创造出无数美味佳肴。

在这本书中，我们不仅要学习知识，更要培养计算思维。每个章节都设计了一定数量的练习和实例，帮助你掌握这些知识。罗马不是一天建成的，让我们一步一步来，相信在这本书的陪伴下，你一定能在计算机科学的海洋中找到属于自己的航纬。

接下来，就让我们开始这段奇妙的旅程吧！

作者

2025年3月